装载机设计说明书

第一章前言

1.1设计课题

我此次设计专题为装载机工作机构设计，要求该装载机装载能力大，机动性好安全可靠，生产率较高，其斗柄是曲线的，铲斗的提起和倾斜由油缸的动作来实现。

1.2装载机的发展历史

装载工作是整个地下采矿的重要环节，其工作量最繁重，费时最多，对采矿生产率影响极大。消耗于这一工序的劳动量占循环时间的30%-40%。

正因为如此，国外许多的国家十分重视装载机械的开发推广与使用。装载机开始制造是在90多年前。最早的装载机是在马拉的农用拖拉机前部装上铲斗而成.。自身带有动力的装载机，是在1920年初出现的，其铲斗安装在两根垂直立柱上，铲斗的举升和下落是用钢绳来操纵的。从1930年开始，装载机的机构得到较大的改进。1939年出现了比较先进的轮胎式装载，在40年代装载机得到了更大的发展。1944年，开始用液压代替钢绳控铲斗。1947年装载机发展成四轮驱动。1950年出现了第一台带有液力变矩器的轮胎式装载机，它使装载机能够很平稳地插入料堆并且使作增快，同时插入运动，发动机不会因插入阻力大而熄火。1960年出现了第一台铰接式装载机，这使装载机转向性能大大改善，增加了它的机动性能性和纵向稳定性。60年代的电动装载机。这是装载机设计的一个新的突破，它进一步增加了装载机的使用范围。今后装载机的发展趋势是通过工作机构尺寸的增加和机构的改进进一步增加了生成力。

1.3装载机工作机构的特点

装载机工作机构由潺斗，铲臂，铲斗座，升降油缸（两个左右对称）侧卸油缸，拉斗油缸组成。装载机在工作过程中，铲斗是沿料堆底部插入料堆的，斗尖在料堆内运动，轨迹如图1-1所示。

图1-1

由于铲斗沿料堆底部插入料堆所以插入阻力大，阻力方向与机体的推进方向相反，从而使得装载机有足够的重量和牵引力来克服插力。以得到足够的插入深度，铲斗插入料堆后，在开始提升的瞬间，料堆对提升的阻力很大，以后就迅速的降低，故在提斗的过程中工作机构承受的负载很不均匀，尖峰负荷大。但它易于卸载，故效率高，在铲斗臂的左右对称的布置两个升降油缸，完成铲斗的提升过程，铲斗上安装一个侧卸油缸。用来卸下铲斗内的物料，铲斗和铲斗座采用焊接的方法联结在一起，再用销轴与铲斗臂连接整个机构是四连机构完成装卸过程。

1.4装载机工作机构的用途

工作机构是装载机用以直接完成装载工作的机构，是装、运、卸一体的联合设备。由于铲斗即可作取料构件，又可作运料贮料和卸料物件，从而简化了整机结构使用灵便。

第二章装载机装载过程分析

2.1装载过程描述：

铲斗挖掘土壤的过程很类似金属切削过程（如图2-1，图2-2）。斗刃切入后物料对切入的阻力取

决于物料的性质和状态，以及斗刃的刃角γ。

图2-1

图2-2

斗刃切入后，在刃的物料被压缩，变形以致破坏原来结构，而改变堆存状况，这种改变取决于物料的性质和状态，斗刃的几何形状，切削角δ和切削厚度c，同时物料与斗底间的相对运动也产生摩擦阻力，其大小取决于物料与斗底的摩擦系数和斗刃的后角θ。此外，由于刃前形成小堆而后才能进入斗内，这种物料间的内摩擦阻力取决于物料的性质和状态，物料的内摩擦系数和斗的运动轨迹。

铲斗插入矿堆后，矿堆变形A¹B¹CDE（见铲装过程图）包括三部分：第一滑移体

A ¹

B ¹FE 。变形较明显；第二滑移体CDEF 变形不够明显；压实区，在刃前ED ，相当于斗刃的延长，压实区的大小与装载工作阻力的大小有密切关系。压实区的大小取决与矿石的物理机械性质，矿堆高度，铲斗插深度以及铲斗的形状和尺寸等因素。当斗刃插入矿堆时物料挤压，剪切产生变形阻力，物料与斗臂间的摩擦阻力以及物料内摩擦阻力等等阻力的综合，便是装载阻力。 2.2装载机的装载阻力计算

装载机的装载阻力包括插入阻力和铲取阻力，其插入阻力计算式 Wen = K len 1.25B 千克

式中 K -------与物料的性质块度，堆高和铲斗形状与关的系数 K = K 1 K 2 K 3 K 4

K 1-------物料块度与松散度系数

K 2-------物料性质系数 K 3-------堆高系数 K 4-------铲斗斗形系数

Len ------铲斗一次插入深度， 单位：厘米 B --------铲斗宽度， 单位：厘米 铲取阻力计算式：

Msp 0=1.1Wen[0.4(X-1/3Len)+Y] 公斤·米 式中：

Wen ---------插入阻力， 单位：公斤 Len ---------铲斗插入深度， 单位： 米

X ，Y --------斗尖距铲斗回转中心的直角坐标系植，单位：米 铲取阻力矩Msp 随着铲斗回转角a 的增大而减小，其变化规律为双曲线（见下图） Msp= Msp 0（1-Ca n ）

式中 n=

/3

Lga'Msp

M -M 20a

SP ⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛Lg

C =

n

)a'(1⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛0Msp Ma'-Msp

图2-3

式中Ma¹-------铲斗离开岩堆时，由物料重力产生的阻力矩根据查表得：

=1.3

K

1

=0.10

K

2

K

=1.10

3

=1.5

K

4

则K =K1 K2 K3 K4

=1.3x0.10x1.10x1.5

=0.2145

取铲斗一次插入深度Len =83.5cm

所以插入阻力为Wen=Klen1.25B

=02145x82.51.25x2200x0.1

=0.2145x248.6x220

=11704.088(公斤)

根据工作机构总图确定X,Y的值

X-------铲斗回转中心O点离斗刃的水平距离

Y--------铲斗回转中心O与地面的垂直距离

得X=1.15m

Y=0.3m

带入有关数据计算铲取力，有

=1.1Wen[0.4(X-1/3Len)+Y]

Msp

=1.1x11704.1x[0.4x(1.15-1/3x0.825)+0.3]

=8368.43(公斤•米)